软启动器及其MATLAB仿真.pdf-资料库

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大学本科生科研训练计划（SSRT）第1页共18页摘要三相交流异步电动机因具有结构简单、性能可靠以及价格低廉等优点,所以在工业生产以及日常生活等领域广泛应用。交流异步电机若直接起动时,会产生非常大的冲击电流,其值约为额定电流的7-8倍,对电网和电机拖动系统造成冲击,影响设备使用寿命。传统电机起动方式有串电抗起动方式、Y-A起动方式、延边三角形起动方式等。这些起动方式均属于机械式起动,在电机起动过程中会产生二次冲击电流和二次冲击转矩,对系统造成影响。软启动器是一种用于控制鼠笼式异步电动机的新设备,具有传统启动方法无法比拟的优势。软启动器一般以大功率双向晶闸管构成交流调压电路,通过控制晶闸管的触发角来调节输出电压。就软启动中使用的大功率双向晶闸管三相交流调压电路的特点进行分析与普通启动方式进行比较,并用MATLAB进行仿真。本文设计软启动系统的硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括:同步检测信号电路、电流采样电路、辅助电源电路、A/D转换电路、驱动电路、故障保护电路、按键输入电路以及液晶显示电路等。软件部分主要实现的功能是把采样回来的电流信号与按键输入设定的值进行比较,运算出电流偏差和电流偏差变化率作为模糊控制器输入信号。系统根据输入信号查询模糊控制表,输出控制信号。关键词：电力电子，软启动器，MATLAB，仿真

大学本科生科研训练计划（SSRT）第2页共18页目录摘要........................................................................................................1目录.......................................................................................................21绪论........................................................................................................31.1课题背景....................................................................................31.2传统电机启动方式.....................................................................31.2.1电机直接启动.................................................................31.2.2串电抗起动方式..............................................................41.2.3星形-三角形起动方式.....................................................52软启动器工作原理................................................................................72.1软启动器原理简介.....................................................................72.2软启动器的控制方式.................................................................82.2.1限流起动方式..................................................................82.2.2电压斜坡起动方式..........................................................92.2.3转矩控制启动..................................................................92.3控制方案选择...........................................................................103软启动器MATLAB仿真....................................................................113.1电机直接启动仿真...................................................................113.2电机软启动器启动仿真...........................................................123.3结论...........................................................................................154总结......................................................................................................165致谢.....................................................................................................176参考文献..............................................................................................18

大学本科生科研训练计划（SSRT）第3页共18页1绪论1.1课题背景异步电机降压启动目前应用较为普遍的有:串电阻或串电抗启动、Y-Δ启动、自耦变压器降压启动等方法。这些传统降压启动方法在很大程度上缓解了大容量电机在相对较小容量电网上启动时的矛盾,但它们只是降低启动电流冲击,并没有从本质上解决问题。近些年来,随着电力电子技术的发展,使无电弧开关和连续调节电流成为可能。为电机的启动提供了全新的思路,从而出现了电机软启动技术。软启动器是一种用于控制电动机的新设备,集电机软起动、软停车、节能、多种保护功能于一体的新型电机控制装置。与一般降压启动相比,软启动起动时间短,改变输出电压可实现恒流启动。电动机软启动器一般以大功率双向晶闸管构成交流调压电路,通过控制晶闸管的触发角来调节晶闸管调压电路的输出电压,从而实现电动机的无触点降压软启动。1.2传统电机启动方式电机直接起动时,起动电流是额定电流的7?8倍,对电网和拖动系统造成冲击。因此在电机起动过程中,采用软起动装置是十分必要的。传统起动方式有串电抗起动、星形-三角形起动、自稱变压器起动和延边三角形起动等。1.2.1电机直接启动直接起动,是将交流380V电源直接加在交流异步电动机的定子绕组上,使电机在全压方式下起动运行,如图1-1所示。当起动电机瞬间时刻,

大学本科生科研训练计划（SSRT）第4页共18页由于电机转速为零,绕组线圈没有电感产生,电路中电阻值约等于绕组线圈的电阻值。而绕组线圈由铜线组成,电组很小。所以当直接起动电机时,会导致电机起动电流过大,一般约为电机额定电流的4-7倍,起动转矩是电机额定转矩的1-2倍。图1-1直接启动原理图直接起动方式会带来两方面问题：(1)过大的冲击电流,对电网和系统造成影响。(2)导致电机发热,影响其使用寿命甚至会烧毁电机。尤其在使用大功率电机时,由于本身额定电流很大,若直接起动,过大的冲击电流会对电网及电机拖动设备造成非常严重的影响。1.2.2串电抗起动方式串电抗起动方式是当电机起动时,在电机定子绕组上串联电抗器,降

大学本科生科研训练计划（SSRT）第5页共18页低电机两端电压,用以达到限制起动电流的目的[19]。其原理图如图1-2所示,当电机转速升高到一定程度时,闭合KM,使三相电源直接加在电机定子绕组上。这种起动方式适合在轻负载起动的场合。图1-2串电抗启动方式原理图1.2.3星形-三角形起动方式Y-Δ起动方式控制原理是通过降低电机定子两端电压,实现限制电机起动电流当起动电机时,闭合KM1和KM3,使电机接线成星形方式,此时电图1-3星形-三角形启动方式原理图

大学本科生科研训练计划（SSRT）第6页共18页机定子绕组两端电压是三角接线方式时电压的1/3即为220V。当电机转速上升到最大值时,断开KM3,闭合KM2,使电机接线切换成三角形方式,其控制电路如图1-3所示。这种电机起动方式适应于额定功率较小的电机,并且在正常运行时电机采用三角形接线方式。

大学本科生科研训练计划（SSRT）第7页共18页2软启动器工作原理2.1软启动器原理简介电子软启动器三对反并联的晶闸管（主回路）及控制部分组成，如图2-1所示，L1、L2、L3端接入三相交流电压，经过主回路接入到异步交流电动机。在接入晶闸管前引出主回路电压，进行同步检测和电压检测并将结果输入至MCU控制单元，结合所需要的控制方式形成电平信号信号输入到触发脉冲单元，再由触发脉冲和隔离放大部分产生脉冲控制先好，调节晶闸管的触发角，进而控制导通角的氛围，起到对启动过程中每个周期电压的控制，进而实现整个启动过程的压降控制。图2-1软启动器原理图软启动器采用了图2-1所示的主电路。在电源和异步电动机之间接入反并联的晶闸管(与双向晶闸管等效)调压电路。通过改变晶闸管的触发角

大学本科生科研训练计划（SSRT）第8页共18页来改变电动机定子两端电压,进而改变电机的转速和定子电流等物理量。晶闸管控制方式为相位控制,即通过控制晶闸管的导通角来达到调压的目的。2.2软启动器的控制方式电机软启动器控制的基本原理是釆用交流调压技术,通过控制晶闹管导通来实现斩波降压,限值电机起动电流。其控制方法有多种,如限流起动、电压斜坡起动、转矩控制起动以及突跳起动等,下面对这几种控制方式进行详细介绍。2.2.1限流起动方式限流起动控制方式是指在电机起动过程中,电机的起动电流不超过期望值其波形图如图2-2所示。限流起动方式的控制原理是以电流作闭环控制信号,通过控制算法如PID闭环、模糊控制等对釆样电流进行运算处理,输出控制信号触发晶闹管,使电机起动电流限定的期望值范围内。随着电机转速的上升,在保证电机起动电流限定在期望值范围内的情况下,逐渐增大电机定子两端电压。当电机转速升高至额定值时,全部电压加在电机两端,起动结束。这种控制起动方式能保证起动电流限定在期望值以下,但电机起动转矩较小,有可能造成电机堵转,适应于风机,泵类等负载。图2-2限流启动波形

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